游戲化的《圖像處理技術》實踐課程探索

廣東理工學院 周 瑩

《圖像處理技術》是計算機視覺的核心基礎課程之一，而打造新一代的信息化技術，形成數(shù)字化、智能化的立體式管理的新型制造業(yè)，計算機視覺是必不可少的。借鑒游戲中的激勵機制，針對《圖像處理技術》的實踐課程，從激發(fā)學生內在和外在動力，打造學習社群的方面出發(fā)，進行實踐課程改革實踐。通過搜集學生反饋，得知學生的積極性有一定提高，學生對于趣味性教學方式接受程度高。

應對新一輪的科技革命和產(chǎn)業(yè)革命趨勢，保持經(jīng)濟高質量的發(fā)展，都離不開制造業(yè)的發(fā)展。將新一代信息技術，例如互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等，與制造業(yè)進行融合發(fā)展，加強對制造業(yè)全要素、全流程、全產(chǎn)業(yè)鏈的管理和改造，提升制造業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化水平，可以帶動制造業(yè)高質量發(fā)展。特別是要將智能化技術全方面融入工業(yè)產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化管理、網(wǎng)絡化協(xié)同和智能化管控，形成較為完善工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系。這其中機器視覺技術是必不可少的，而《圖像處理技術》作為機器視覺的一門核心基礎課程，其重要性不言而喻。

《圖像處理技術》是電子信息類專業(yè)最為重要的專業(yè)課程之一，也是學習機器視覺學習的先導課程。作為一門實踐性要求高，應用于產(chǎn)業(yè)前沿的課程，以老師演示，學生練習為主的傳統(tǒng)的教學方式，呈現(xiàn)出明顯后繼無力的狀況。在教學過程中發(fā)現(xiàn)，學生初接觸圖像處理的實踐課程時，具有一定的好奇心和興趣，但是一段時間之后，就出現(xiàn)學有乏力的情況。出現(xiàn)此類問題，主要在于沒有持續(xù)的激勵機制，沒有激發(fā)學生的內在的學習動力，形成良好的學習氛圍。針對這些問題，借鑒游戲的激勵機制，引入《圖像處理技術》的實踐課程教學中，并不斷更新實踐課程內，跟上實際工作的步伐。

何謂“游戲化”，游戲化指的是將游戲中設計理念、設計元素和設計機制應用于其他領域。這種方式會增加任務的趣味性，激發(fā)人們的深層動機，提升完成任務的效率。基于此理念，游戲化也被應用于教學情境中。這里主要是指將游戲的激勵機制引入實踐教學中。游戲總是能吸引人持續(xù)投入，就是其有一套完善的激勵機制，使人期待、使人行動、給人反饋，形成循環(huán)。本文依據(jù)游戲中的激勵機制，從學生的自身動力，來自外部的激勵和創(chuàng)造競爭的環(huán)境等幾個方面入手，最終形成一種互相促進的良性循環(huán)。

1 游戲化的激勵機制

1.1 激發(fā)內在動力

設計合理的難度挑戰(zhàn)曲線與明確的晉級路線。在游戲中，玩家有非常清晰和明確的目標與升級路線，完成自己所在級別的任務，就可以進入下一級別，并且的任務難度與現(xiàn)有級別是適配的，是需要“夠一夠”就能完成的任務。在教學過程中，如果實踐內容太難，學生較為容易放棄，實踐內容太過簡單，學生又覺得太無趣，設置難度適當?shù)膬热菔潜匾摹３穗y度的設置，還有有明確的學習路線，讓學生知道還需要做的什么，還沒有做到的是什么，以及如何做到。這樣學生的主動性會被激發(fā)，指導自己該如何做。同時，漫長的學習過程會消磨學生的耐心，要讓學生對于自己處于何種位置，距離最終完成游戲還有多遠。

1.2 激發(fā)外在動力

即時且直觀的獎勵是游戲中最為重要的激勵機制之一，游戲過程中過程中，當玩家完成任務后，會收到金幣獎勵甚至伴有一定的音效，主要的目的就是強化正反饋。在教學過程中，即時的反饋會讓學生對自己的表現(xiàn)有一個快速的判斷，幫助學生在學習過程中調整自己，也可以激勵學生不斷進步得到更多獎勵。除了即時獎勵，還必須考慮到學習過中，需要一定積累才能有成效的情況。可以借鑒游戲中獎章獎勵，在積累了一定量之后，獲得對應的稱號。這對于激勵學生克服眼前的枯燥，堅持長期目標的學習有一定的激勵作用。

1.3 創(chuàng)造整體氛圍

在游戲過程中，時常需要組隊等情況，玩家之間就會互相合作，同時，玩家之間有互相競爭。但不論是競爭還是合作，都在玩家之間建立聯(lián)系，增添玩家對游戲的黏度與忠誠度。同時，游戲過程中會出現(xiàn)，玩家分層的情況，有的越來越強，越來越投入，而又的越來越弱，越來越不想投入其中，于是游戲中為了平衡這種情況，會隨機搭配不同程度的玩家，讓較為弱勢的玩家受到鼓勵，較為強勢的玩家能夠有機會帶動和領導其他玩家。這樣的方式造就了整體的氛圍，身處于環(huán)境中會受到感染，得到強化。

2 《圖像處理技術》課程改革實踐

2.1 點亮技能樹

基于游戲設計中適當?shù)碾y度曲線與晉級路線，在實踐教學過程中，為學生設計技能樹，技能樹的最終點是完成一個簡易的數(shù)字圖像處理軟件，由此而延伸出圖像預處理、圖像分割、圖像特征提取和圖像識別等分支，而圖像預處理又可以延伸出圖像灰度變換、圖像平滑和圖像銳化等分支，依次類推，將實踐課程中需要掌握的技能，展開在技能樹上，學生的學習過程就是點亮技能樹的過程。

在學生點亮技能樹的過程中，教師主要處理以下兩類問題：一是遇到難度較大的技能點時，給學生講解與演示，降低學習難度，減少因畏難情緒而放棄的情況；二是給出整體情況的反饋，在每個技能點上學生整體的情況，每個學生攀爬技能樹的情況，定期反饋給學生。

2.2 獎懲游戲與數(shù)據(jù)追蹤

基于游戲中的獎勵機制，在教學過程中，針對短時學習與長時學習進行外部獎勵。每當學生點亮技能樹上技能點時，根據(jù)每個技能點難度的不同，獲得不同的積分。若第一次失敗，再次挑戰(zhàn)仍然可獲得對應積分，每個技能點積分只能獲取一次。每次實踐課程中，前三名完成的同學可以獲得額外積分。而在每一個大的完整的技能塊完成后，統(tǒng)計該段時間內，學生的積分情況，對于名列前茅的同學和取得較大進步的同學，獎勵定制版的實物獎章和學習用品。

2.3 創(chuàng)設學習社群

在實踐教學過程中，同樣可以借鑒游戲中組隊的方式，增添學生之間的互動，通過活動增強學生對于群體的歸屬感，最終形成自發(fā)的學習。將班級建設為學習社群，在社群中學生可以再次組隊，整個社群需要完成對應的打卡任務好共同學習任務。包括以某一個小項目為題，例如“恢復因抖動而模糊的圖像”，學生自行組隊進行解決，每位同學都必須擔任至少一次組長。以及要求每個小隊搜集現(xiàn)有的圖像處理技術的應用，并進行展示與演講，評選出優(yōu)秀團隊與組長進行獎勵。

3 評價與展望

為提升《圖像處理技術》這么課程的實踐課程效果，借鑒游戲中的激勵機制，增強課程趣味性，激發(fā)學生深層次的動力，將班級打造為學習社群，通過學生互動，增強其對社群歸屬感，創(chuàng)造良好的學習氛圍，形成學生之間互相促進的良性循環(huán)。實踐展開后，搜集愛學生的反饋意見，許多學生更傾向于這種具有一定趣味性的學習方式，不喜歡枯燥的學習方式，也反饋了自己學習積極性有一定的提高，仍有少數(shù)學生沒有積極參與其中，認為要完成學習任務太多，在這方面仍有待改進。